JP2011015339A - 受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】送信機から生体を介さずに空間を伝搬して直接受信機に到達する信号から、受信機が通信データを受信してしまうことを抑制する。
【解決手段】受信機２を、通信時に、人体周りに誘起した電界下におかれる受信電極２１と、受信電極２１に印加された電界信号を検出して復調する受信部２３と、妨害信号を生成し受信電極２１に印加する妨害信号生成部２２とより構成する。送信機１から放射され空間を伝搬した信号は（ａ）、受信電極２１に印加された妨害信号によって攪乱され、受信部２３における通信データの復調は阻止される（ｃ）。ここで、妨害信号は、送信機１から人体３を介して受信電極２１に伝わった信号の受信部２３における復調を妨げないように、そのレベル等が調整されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、生体を介して通信を行う通信システムの受信機に関するものである。

生体を介して通信を行う通信システムとしては、送信機において、受信機と送受する情報である通信データを変調した電位信号を容量結合などにより人体に印加することにより、人体周りに電界を誘起させると共に、受信機において、人体周りに誘起した電界を検出し、検出した電界から通信データを復調する通信システムが知られている（たとえば、特許文献１-４）。

特開2001-298425号公報 特開2001-352298号公報 特開2004-282733号公報 特開2004-222596号公報

生体を介して通信を行う通信システムを、送信機保持者の認証などのセキュリティ用途に用いる場合には、送信機と受信機との間で生体のみを介してのみ、通信データの送受が行われることが必要となる。
しかしながら、生体を介して通信を行う通信システムでは、送信機から生体を介さずに空間を伝搬して直接受信機に到達してしまう信号を完全に抑止することはできないため、このような空間を伝搬して到達する信号から、受信機が通信データを受信してしまわないようにすることが重要となる。

そこで、本発明は、生体を介して通信を行う通信システムにおいて、送信機から生体を介さずに空間を伝搬して直接受信機に到達する信号から、受信機が通信データを受信してしまうことを抑制することを課題とする。

前記課題達成のために、送信機が通信データを変調した変調信号を生体に印加することにより、前記生体周りに誘起された電界を介して、前記通信データを受信する受信機に、通信時に前記生体周りの電界下におかれる受信電極と、受信電極に前記生体から印加された電界を前記変調信号に変換し、変換した前記変調信号を前記通信データに復調する受信部と、前記受信電極に、前記変調信号を攪乱する妨害信号を印加する妨害信号生成部とを備えたものである。

このような受信機によれば、送信機から空間を伝搬して直接、受信電極に到達した変調信号は、妨害信号によって攪乱され、その復調が阻止される。一方、通信時に、受信電極と生体とが結合して、受信電極に前記生体周りの電界が印加される際には、受信電極に結合した生体に妨害信号が流出して減衰する。したがって、当該妨害信号の発生レベル等の特性を適当に設定すれば、空間を伝搬して直接に受信電極に到達した変調信号の復調を妨害信号によって阻止しつつ、受信電極と結合した生体周りの電界を変換した変調信号の復調が妨害信号によって妨げられないようにすることができる。

ここで、前記変調信号は、前記通信データをASK変調した信号であってよく、この場合、前記妨害信号は所定周波数の信号であってよい。
なお、このような受信機は、通信データを変調した変調信号を生体に印加し、前記生体周りの電界を誘起する送信機と共に通信システムを構成するために用いることができる。

以上のように、本発明によれば、生体を介して通信を行う通信システムにおいて、送信機から生体を介さずに空間を伝搬して直接受信機に到達する信号から、受信機が通信データを受信してしまうことを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る通信システムの適用例を示す図である。 本発明の実施形態に係る通信システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る受信機の電界センサの周波数特性を示す図である。 本発明の実施形態に係る受信機の復調器の空間伝搬信号に対する出力の妨害信号の有無による比較を表す図である。 本発明の実施形態に係る受信機のアンプの空間伝搬信号に対する出力の妨害信号の有無による比較を表す図である。 本発明の実施形態に係る受信機の復調器の空間伝搬信号に対する出力の妨害信号の周波数による比較を表す図である。 発明の実施形態に係る受信機の復調器の人体伝搬信号に対する出力の妨害信号の有無による比較を表す図である。 本発明の実施形態に係る受信機のアンプの出力のユーザの手の接触の有無による比較を表す図である。

以下、本発明の通信システムの一実施形態について人体通信への適用を例にとり説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１ａに、本実施形態に係る通信システムの構成を示す。
図示するように、通信システムは、ユーザの人体３に近接した形態でユーザによって携帯される、たとえばカード型の送信機１と、通信実行時に、ユーザの人体３（手など）が接近される受信電極２１を備えた受信機２とより構成される。
このような構成において、通信実行時には、送信機１から、送信信号がユーザの人体３に印加され、人体周りに、通信データを変調した送信信号に応じて変動する電界を誘起する。
一方、受信電極２１に人体３が接近されると、受信機２は、人体３周りの電界の変動を検出して、電界の変動を表す受信信号を生成し、受信信号より通信データを復調し、通信データに応じた処理（たとえば、図１の場合はドアロックの解除など）を行う。
次に、図２に、送信機１と受信機２の構成を示す。
図示するように、送信機１は、受信機２に送信する通信データを生成する送信側データ処理部１１、通信データを変調し送信信号として出力する変調器１２、人体３と容量結合し送信信号を人体３に印加して人体周りの電界を誘起する送信電極１３とを備えている。
また、受信機２は、通信時に、人体周りに誘起した電界下におかれる受信電極２１と、妨害信号を生成し受信電極２１に印加する妨害信号生成部２２と、受信部２３とを備えている。また、受信部２３は、受信電極２１に人体３より印加される電界強度を検出し検出した電界強度に応じた検出信号を出力する電界センサ２３１と、電界センサ２３１が出力する検出信号を増幅し受信信号として出力するアンプ２３２と、受信信号より通信データを復調する復調器２３３と、復調された通信データを処理する受信側データ処理部２３４とより構成される。

なお、送信機１の送信電極１３や、受信機２の受信電極２１は、人体３が直接触れる必要が無いように、非導電性のカバーで覆った形態で設ける。
さて、ここで、本実施形態では、送信機１の送信側データ処理部１１が出力する通信データの転送レートを1200bps、変調器１２における変調を、搬送波1.9ＭＨｚの100％ASK、送信電極１３の印加電圧を5Vppとしている。
また、これに合わせて、受信機２の電界センサ２３１の受信感度の周波数特性を、図３に示すように、1.9ＭＨｚをピークとし、その両側で減衰する山形の特性を備えたものとしている。
さて、このような通信システムの構成において、図１ａに示したように、送信機１を携帯したユーザが、受信機２の受信電極２１のカバー上に手を接触させると、矢印１０１で示すように、送信機１の送信電極１３から、送信信号に応じた電界が人体３を介して受信電極２１に伝わり、受信機２において受信信号として検出され、これより通信データが復調され受信されることになる。

一方、図１ｂに示したように、受信機２の受信電極２１のカバー上に手を接触させなくても、送信機１を携帯したユーザが受信機２の受信電極２１に接近しただけで、送信機１から放射される信号が、矢印１０２で示すように、直接空間を伝搬し受信電極２１に結合してしまうことがある。

そして、このような直接空間を伝搬した信号から、受信機２において通信データを復調し受信してしまうと、受信機２の受信側データ処理部２３４の誤動作を誘発することになる。
そこで、本実施形態では、妨害信号生成部２２から受信電極２１に1.4ＭHz、500mVppの妨害信号を印加することにより、送信機１から図１ｂに示したように放射される信号から受信機２の受信部２３が通信データを受信してしまうことを抑止している。
以下、妨害信号生成部２２から受信電極２１に妨害信号を印加することにより、送信機１から放射される信号から受信機２の受信部２３が通信データを受信してしまうことを抑止できることを示す。
いま、図４ａに示すように、送信機１を携帯したユーザの手を受信機２の受信電極２１のカバー上に接触させずに、受信電極２１と送信機１の送信電極１３との間の距離が１０cmとなるように送信機１を配置し、送信機１から「a」のキャラクタコードを通信データとしてシリアル伝送したときの、受信機２の受信部２３の復調器２３３の出力の測定結果を図４ｂ、ｃに示す。

図４ｂは、妨害信号生成部２２から妨害信号を受信電極２１に印加しなかった場合の復調器２３３の出力を表しており、図４ｃは妨害信号生成部２２から妨害信号を受信電極２１に印加した場合の復調器２３３の出力を表している。
図４ｂ、ｃに示されるように、妨害信号を受信電極２１に印加しなかった場合には、送信機１から放射され空間を伝搬した信号により復調器２３３で通信データが復調されてしまうが、妨害信号を受信電極２１に印加した場合には、送信機１から放射され空間を伝搬した信号からの復調器２３３における通信データの復調は行われない。

ここで、図５ａに示すように、送信機１を携帯したユーザの手を受信機２の受信電極２１のカバー上に接触させずに、送信機１を、受信電極２１と送信機１の送信電極１３との間の距離が１０cmとなるように配置し、送信機１から「aaaaa...」を通信データとしてシリアル伝送したときの、受信機２の受信部２３のアンプ２３２の出力の測定結果を図５ｂ、ｃに示す。

この場合、図５ｂに、妨害信号生成部２２から妨害信号を受信電極２１に印加しなかった場合の受信機２の受信部２３のアンプ２３２の出力を、図５ｃに妨害信号生成部２２から妨害信号を受信電極２１に印加した場合の受信機２の受信部２３のアンプ２３２の出力を示すように、妨害信号生成部２２から受信電極２１に妨害信号を印加することによって、送信機１から放射され空間を受信電極２１まで伝搬した信号が攪乱される。

そして、このような攪乱の結果、妨害信号を受信電極２１に印加した場合には、図５ｃに示したように、復調器２３３における送信機１から放射され空間を伝搬した信号の復調ができなくなり、空間を伝搬した信号により通信データを受信してしまうことが抑止される。

ここで、妨害信号の周波数に関する比較例として、図６ａに示すように、送信機１を携帯したユーザの手を受信機２の受信電極２１のカバー上に接触させずに、受信電極２１と送信機１の送信電極１３との間の距離が１０cmとなるように送信機１を配置し、送信機１から「a」のキャラクタコードを通信データとしてシリアル伝送したときの、受信機２の受信部２３の復調器２３３の出力の測定結果を図６ｂ、ｃ、ｄに示す。

図６ｂは、妨害信号生成部２２から1.2MHzの妨害信号を受信電極２１に印加した場合の復調器２３３の出力を表しており、図６ｃは、妨害信号生成部２２から1.3MHzの妨害信号を受信電極２１に印加した場合の復調器２３３の出力を表しており、図６ｄは、妨害信号生成部２２から2.0MHzの妨害信号を受信電極２１に印加した場合の復調器２３３の出力を表している。

この比較例より1.2MHzや1.3MHzの妨害信号では送信機１から放射され空間を伝搬した信号を充分に攪乱して、復調器２３３における復調を阻止することはできないが、2.0MHzの妨害信号であれば、1.4MHzの妨害信号と同様に復調器２３３における復調を阻止することができることが分かる。

次に、図７ａに示すように、送信機１を携帯したユーザの手を受信機２の受信電極２１のカバー上に接触させて、送信機１から「a」のキャラクタコードを通信データとしてシリアル伝送したときの、受信機２の受信部２３の復調器２３３の出力の測定結果を図７ｂ、ｃに示す。

図７ｂは、妨害信号生成部２２から妨害信号を受信電極２１に印加しなかった場合の復調器２３３の出力を表しており、図７ｃは妨害信号生成部２２から、1.4ＭHz、500mVppの妨害信号を受信電極２１に印加した場合の復調器２３３の出力を表している。
図示するように、妨害信号を受信電極２１に印加しなかった場合に比べ、妨害信号を受信電極２１に印加した場合、その受信感度は幾分低下するものの、復調器２３３において、送信機１から人体３を介して受信電極２１に伝わった信号を正しく復調できることが分かる。

ここで、図７ｄには、妨害信号の周波数に関する比較例として、図７ａに示すように、送信機１を携帯したユーザの手を受信機２の受信電極２１のカバー上に接触させて、送信機１から「a」のキャラクタコードを通信データとしてシリアル伝送したときに、妨害信号生成部２２から、2.0ＭHz、500mVppの妨害信号を受信電極２１に印加した場合の復調器２３３の出力を表す。

図示するように、2.0ＭHz、500mVppの妨害信号を受信電極２１に印加した場合には、復調器２３３において、送信機１から人体３を介して受信電極２１に伝わった信号を復調することはできなくなる。
さて、以上をまとめると、妨害信号生成部２２から、1.2ＭHzまたは1.3ＭHz、500mVppの妨害信号を受信電極２１に印加した場合には、送信機１から放射され空間を伝搬した信号による復調器２３３における復調を阻止することはできない。
妨害信号生成部２２から、1.4ＭHz、500mVppの妨害信号を受信電極２１に印加した場合には、送信機１から放射され空間を伝搬した信号による復調器２３３における復調を阻止することができ、かつ、復調器２３３において、送信機１から人体３を介して受信電極２１に伝わった信号を正しく復調できる。

また、2.0ＭHz、500mVppの妨害信号を受信電極２１に印加した場合には、送信機１から放射され空間を伝搬した信号による復調器２３３における復調を阻止することはできるが、復調器２３３において、送信機１から人体３を介して受信電極２１に伝わった信号を正しく復調することもできなくなる。

よって、妨害信号の周波数や大きさを適当に選択することにより、復調器２３３において、送信機１から人体３を介して受信電極２１に伝わった信号を正しく復調することを担保しつつ、送信機１から放射され空間を伝搬した信号による復調器２３３における復調を阻止することができることが分かる。

ここで、図８ａに示すように1.4ＭHz、500mVppの妨害信号を受信電極２１に印加した状態で、送信機１もユーザも受信機２の受信電極２１の近くに存在しないときの受信機２の受信部２３のアンプ２３２の出力を図８ｂに示す。また、図８ｃに示すように1.4ＭHz、500mVppの妨害信号を受信電極２１に印加した状態で送信機１を携帯していないユーザが手を受信機２の受信電極２１のカバーに接触させたときの受信機２の受信部２３のアンプ２３２の出力を図８ｄ示す。

図８ｂ、ｄの比較により、受信電極２１のカバー上に人体３が接触すると、電界センサ２３１に入力される妨害信号の成分が小さくなることが分かる。ここで、これは、受信電極２１と人体３が容量結合することにより、受信電極２１に印加された妨害信号の一部が人体３に向うためと考えられる。
そして、これより、1.4ＭHz、500mVppの妨害信号を受信電極２１に印加した場合に、当該妨害信号にも関わらずに、復調器２３３において、送信機１から人体３を介して受信電極２１に伝わった信号を正しく復調できる理由は、受信電極２１のカバー上に人体３が接触した結果、受信電極２１と人体３が容量結合し、受信電極２１に印加された妨害信号の一部が人体３に向かって電界センサ２３１に入力される妨害信号の成分が小さくなることと、図３に示した電界センサ２３１の受信感度の周波数特性に従って、1.4ＭHzの妨害信号の成分が1.9ＭHzのピーク値よりも85％ほど減衰されることによるものと考えられる。

また、1.4ＭHz、500mVppの妨害信号と異なり、2.0ＭHz、500mVppの妨害信号を受信電極２１に印加した場合に、当該妨害信号によって、復調器２３３において、送信機１から人体３を介して受信電極２１に伝わった信号を正しく復調できなくなる理由は、図３に示した電界センサ２３１の受信感度の周波数特性に従った妨害信号の減衰幅が30％程度と小さいことによるものと考えられる。

以上、本発明の実施形態について説明した。

１…送信機、２…受信機、３…人体、１１…送信側データ処理部、１２…変調器、１３…送信電極、２１…受信電極、２２…妨害信号生成部、２３…受信部、２３１…電界センサ、２３２…アンプ、２３３…復調器、２３４…受信側データ処理部。

Claims (3)

1. 送信機が通信データを変調した変調信号を生体に印加することにより、前記生体周りに誘起された電界を介して、前記通信データを受信する受信機であって、
   通信時に前記生体周りの電界下におかれる受信電極と、
   受信電極に前記生体から印加された電界を前記変調信号に変換し、変換した前記変調信号を前記通信データに復調する受信部と、
   前記受信電極に、前記変調信号を攪乱する妨害信号を印加する妨害信号生成部とを有することを特徴とする受信機。
2. 請求項１記載の受信機であって、
   前記変調信号は、前記通信データをASK変調した信号であり、
   前記妨害信号は所定周波数の信号であることを特徴とする受信機。
3. 請求項１または２記載の受信機と、通信データを変調した変調信号を生体に印加し、前記生体周りの電界を誘起する送信機とを有することを特徴とする通信システム。